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芬兰阿尔托大学通过在显微镜下逐个移动原子创造出人造材料

2017-03-30 413浏览 标签: 芬兰人造材料

2017328日,芬兰阿尔托大学的研究团队制造了具有电子工程特性的人造材料。通过在显微镜下移动单个原子,科学家们能够创建具有预定电响应的原子晶格。此次研究成果使科学家们向实现设计量子材料更近了一步。

纳米科学的目标一直是在尽可能小的等级-原子上控制物质。科学家们已经在二十年前使用扫描隧道显微镜(STM)实现了原子控制,并且受控定位的单个原子和分子已经成为STM的最爱。但是,对样品中原子实现精准排列的可能性为科学家们带来了新的机会:通过调整原子在晶格中的排列,可以通过改变原子结构来设计材料的电子特性。

阿尔托大学三个研究小组的合作已经使这个令人兴奋的前景成为现实。通过将实验和理论物理学的想法相结合,由Peter Liljeroth教授 (原子尺度物理学),研究员Teemu Ojanen (量子理论)和高级讲师Ari Harju (量子多体物理学)领导的研究小组展示了在一个模型系统中对电子性质的整体控制。该团队研究人员在4K的温度下,使用最先进的STM对在铜晶体衬底上单层氯原子中的空穴进行了排列整理。

阿尔托大学进行实验的Robert Drost博士说:在实际材料中原子结构和电子性质的对应是存在的,但在这里我们可以对整个结构中的电子性质进行控制。总的来说,我们可以将任何电子性质作为目标,许多在理论上被证明可能的事情,我们都非常有可能通过实验获得。该团队使用开发的原子组装方法,通过创建两个真实的结构证明了这一点。这两个结构是从具有奇特电子性质的基本模型系统中获得启发而创建的。

此方法不仅限于该研究团队选择的氯系统。同样的方法可以应用于许多表面和纳米科学系统中,并且甚至可以应用于介观系统,如通过光刻工艺控制的量子点中。

   Liljeroth 总结道:我们的研究成果开辟了一个新的研究领域,通过实验团队和理论团队的密切合作必将带来许多令人兴奋的发现,我们正在设计一个新的研究中心用于实现这种密切合作。我们很少能想象一些具有令人兴奋的性质的结构,然后直接走进实验室,并在实践中实现它们。

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